新算法防止无人机在半空中相撞

当多架无人机在同一空域一起工作时，也许在玉米地上喷洒农药，它们可能会相互碰撞。

为了帮助避免这些代价高昂的崩溃，麻省理工学院的研究人员在 2020 年推出了一个名为 MADER 的系统。这种多智能体轨迹规划器使一组无人机能够制定最佳的、无碰撞的轨迹。每个代理都会广播其轨迹，以便其他无人机知道它计划去哪里。然后，智能体在优化自己的轨迹时会考虑彼此的轨迹，以确保它们不会发生冲突。

但是，当该团队在真正的无人机上测试该系统时，他们发现，如果无人机没有关于其合作伙伴轨迹的最新信息，它可能会无意中选择导致碰撞的路径。研究人员改进了他们的系统，现在正在推出Robust MADER，这是一种多智能体轨迹规划器，即使智能体之间的通信延迟，也能生成无碰撞的轨迹。

“MADER在模拟中效果很好，但它还没有在硬件上进行测试。因此，我们制造了一堆无人机并开始飞行。无人机需要相互通信以共享轨迹，但是一旦你开始飞行，你很快就会意识到总是有通信延迟，导致一些故障，“航空航天研究生Kota Kondo说。

该算法包含一个延迟检查步骤，在此期间，无人机在提交新的优化轨迹之前等待特定的时间。如果它在延迟期间从其他无人机那里收到额外的轨迹信息，它可能会放弃新的轨迹并重新开始优化过程。

当近藤和他的合作者在模拟和真实无人机的飞行实验中测试鲁棒MADER时，它在产生无碰撞轨迹方面取得了100%的成功率。虽然无人机的飞行时间比其他一些方法慢一些，但没有其他基线可以保证安全。

“如果你想更安全地飞行，你必须小心，所以如果你不想与障碍物相撞，你需要更多时间才能到达目的地，这是合理的。如果你与某物相撞，无论你走多快，这并不重要，因为你不会到达目的地，“近藤说。

近藤与博士后耶稣·托德西利亚斯(Jesus Tordesillas)一起撰写了这篇论文;研究生帕克·麻省理工学院本科生雷纳尔多·菲格罗亚、胡安·拉赫德和约瑟夫·默克尔;和资深作者乔纳森·理查德·C·麦克劳林航空航天学教授，麻省理工学院-IBM沃森人工智能实验室成员。该研究将在29月2日至<>月<>日举行的国际机器人与自动化会议上发表。预印本可在arXiv服务器上找到。

规划轨迹

MADER 是一个异步、分散、多智能体轨迹规划器。这意味着每架无人机都会制定自己的轨迹，虽然所有代理必须就每个新轨迹达成一致，但他们不需要同时达成一致。这使得MADER比其他方法更具可扩展性，因为数千架无人机很难同时就轨迹达成一致。由于其分散的性质，该系统在无人机可能远离中央计算机的现实环境中也能更好地工作。

借助 MADER，每架无人机都使用一种算法来优化新的轨迹，该算法结合了它从其他代理那里收到的轨迹。通过不断优化和广播其新轨迹，无人机避免了碰撞。

但也许一个代理在几秒钟前分享了它的新轨迹，但一个代理同伴没有立即收到它，因为通信延迟了。在现实环境中，信号通常会因其他设备的干扰或暴风雨天气等环境因素而延迟。由于这种不可避免的延迟，无人机可能会无意中承诺进入新的轨迹，使其处于碰撞路线。

强大的 MADER 可防止此类碰撞，因为每个代理都有两条可用的轨迹。它保持一条它知道是安全的轨迹，它已经检查了潜在的碰撞。在遵循原始轨迹时，无人机会优化新轨迹，但在完成延迟检查步骤之前不会提交新轨迹。

在延迟检查期间，无人机花费固定的时间反复检查来自其他代理的通信，以查看其新轨迹是否安全。如果它检测到潜在的碰撞，它会放弃新的轨迹并重新开始优化过程。

近藤说，延迟检查期的长短取决于代理之间的距离和可能阻碍通信的环境因素。例如，如果代理相距数英里，则延迟检查期需要更长。

完全无碰撞

研究人员通过运行数百个模拟来测试他们的新方法，在这些模拟中，他们人为地引入了通信延迟。在每次模拟中，Robust MADER在生成无碰撞轨迹方面100%成功，而所有基线都会导致碰撞。

研究人员还建造了六架无人机和两个空中障碍物，并在多智能体飞行环境中测试了Robust MADER。他们发现，虽然在这种环境中使用原始版本的MADER会导致七次碰撞，但Robust MADER在任何硬件实验中都没有造成一次崩溃。

“在你真正驾驶硬件之前，你不知道什么会导致问题。因为我们知道模拟和硬件之间存在差异，所以我们使算法变得健壮，因此它在实际无人机中工作，并且在实践中看到这一点非常有益，“近藤说。

使用Robust MADER，无人机能够每秒飞行3.4米，尽管它们的平均行驶时间略长于某些基线。但是，没有其他方法在每次实验中都是完全无碰撞的。

在未来，近藤和他的合作者希望在户外对Robust MADER进行测试，因为许多障碍物和噪音类型会影响通信。他们还希望为无人机配备视觉传感器，以便它们可以检测其他代理或障碍物，预测它们的运动，并将这些信息包含在轨迹优化中。

　　免责声明：本文由用户上传，与本网站立场无关。财经信息仅供读者参考，并不构成投资建议。投资者据此操作，风险自担。 如有侵权请联系删除！